JPH08299796A - メタノール合成触媒の製造法 - Google Patents
メタノール合成触媒の製造法Info
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Abstract
ール合成触媒の製造方法を提供する。 【構成】予め調製した銅および亜鉛の沈澱スラリーと、
別に水溶性アルミニウム塩と塩基性沈澱剤とから調製し
たアルミナ前駆体とをスラリー状で混合して得られた、
銅、亜鉛及びアルミニウムを含有する組成物を、乾燥、
焼成するメタノール合成触媒の製造法
Description
又はCO2 との反応によるメタノール合成反応等に使用
される銅・亜鉛・アルミニウム系触媒の製造法に関す
る。
よりメタノールを合成する際の触媒としては銅系触媒が
一般に用いられており、触媒の活性と強度の改良、或い
はその製造工程を合理化するために種々の触媒製造法が
提案されている。従来はメタノール合成触媒としては、
亜鉛、クロム系触媒、又は銅、亜鉛、クロム系触媒が使
用されたが、近年は銅・亜鉛・アルミニウム系触媒が多
く用いられており、例えば特公昭45−16682号お
よび特公昭48−23263号には銅・亜鉛・アルミニ
ウム触媒、特公昭51−44715号には銅・亜鉛・ア
ルミニウム・ホウ素触媒が提示されている。また特公昭
59−10256号には、銅・亜鉛・アルミニウム系触
媒、或いは銅・亜鉛・アルミニウム・ホウ素系触媒の製
造において、亜鉛源に酸化亜鉛や水酸化亜鉛等の安価で
水に不溶性の亜鉛化合物を用いて、これに炭酸ガスを吹
き込む方法が記載されている。特公昭63−39287
号には銅・亜鉛・成分に特定量のケイ素を添加すること
によって触媒活性と共に機械的強度を高めた触媒が記載
されている。
ロセスの大型化と低コスト化を促進するために、エネル
ギー原単位の低減と共に、高性能の触媒を工業的に有利
に製造する方法の開発が行われている。一般にメタノー
ル合成触媒の製造工程は大きく分けて、沈澱生成反応
を経てケーキやスラリーを製造する工程、そのケーキ
やスラリーの乾燥、焼成を経て粉砕に到る成型原料粉の
製造工程、錠剤を製造する成型工程の三工程に分ける
ことができるが、特に従来の銅・亜鉛・アルミニウム系
触媒の製造方法ではで得られるケーキやスラリーの調
製条件、調製方法等により活性、選択性、強度、寿命等
触媒性能に大きな影響を与えることが知られている。メ
タノール合成反応は発熱反応であり、触媒の熱に対する
耐性は工業的な実用触媒として重要な項目の一つであ
る。本発明の目的は、工業的に有用な高活性で耐熱性を
有するメタノール合成触媒の製造方法を提供することに
ある。
題を有するメタノール合成触媒の製造法について鋭意研
究した結果、予め調製した銅および亜鉛の沈澱スラリー
と、別に水溶性アルミニウム塩と塩基性沈澱剤とから調
製したアルミナ前駆体とをスラリー状で混合して得られ
た、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有する組成物を、乾
燥、焼成することにより、メタノール合成活性の向上と
ともに耐熱性も改善されることを見い出し、本発明に到
達した。すなわち本発明は、予め調製した銅および亜鉛
の沈澱スラリーと、別に水溶性アルミニウム塩と塩基性
沈澱剤とから調製したアルミナ前駆体とをスラリー状で
混合して得られた、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有す
る組成物を、乾燥、焼成することを特徴とするメタノー
ル合成触媒の製造法である。
鉛、およびアルミニウムを含有する組成物としては、触
媒活性の改良と強度向上等のために更に、ホウ素やケイ
素等の化合物を加えた組成物を用いることができる。ま
た、必要に応じてMg、Zr、La、Mn、Cr、P等
の化合物を加えることもできる。
亜鉛のスラリーは、銅および亜鉛を含む水溶液から、例
えば炭酸アルカリ沈澱剤により沈澱させる方法、銅沈澱
スラリーに酸化亜鉛スラリーを添加して炭酸ガスにより
炭酸化する方法等公知の方法が適宜採用できる。アルミ
ナ前駆体は、アルミニウムを含む水溶液から、例えば水
酸化アルカリ、炭酸アルカリ等により調製することがで
きる。銅および亜鉛のスラリーとアルミナ前駆体の混合
方法は、両者を均一に混合する目的からスラリー状で行
う。またホウ素及びケイ素化合物は、銅源、亜鉛源、ア
ルミニウム源等へ添加することができ、ケイ素化合物は
後述する混練工程でも添加することもでき、適宜選択で
きる。
子比で0.2〜12:1、好ましくは0.3〜7:1の
範囲である。銅、亜鉛、アルミニウムの各原子規準の成
分含有量は、銅35〜80%、亜鉛15〜50%、好ま
しくは20〜40%、アルミニウム1〜20%、好まし
くは4〜16%である。銅、亜鉛、アルミニウム、ホウ
素からなる場合には、各原子規準の成分含有量は、銅、
30〜80%、好ましくは40〜70%、亜鉛15〜5
0%、好ましくは20〜40%、アルミニウム1〜20
%、好ましくは4〜16%、ホウ素0.3〜5%、好ま
しくは0.5〜3%である。銅、亜鉛、アルミニウム、
ホウ素、ケイ素からなる場合には、各原子規準の成分含
有量は、銅、35〜80%、好ましくは40〜70%、
亜鉛15〜50%、好ましくは20〜40%、アルミニ
ウム1〜20%、好ましくは4〜16%、ホウ素0.3
〜5%、好ましくは0.5.〜3%、ケイ素0.1〜
3.5%、好ましくは0.5〜3%である。
銅、硫酸銅、酢酸銅等の水溶性の塩類等が使用できる
が、特に安価な硫酸銅が有利である。亜鉛源としては、
硝酸亜鉛、硫酸亜鉛、酢酸亜鉛等の水溶性塩類や安価な
酸化亜鉛が使用できる。また、アルミニウム源として
は、硝酸アルミニウム、硫酸アルミニウム、酢酸アルミ
ニウム等の水溶性塩類が使用できる。ホウ素源として
は、ホウ酸やホウ砂等が使用できる。更に、ケイ素源と
しては、酸化物、ケイ素酸化物前駆体が使用できるが、
特にケイ酸ソーダ複分解物やケイソウ土が有利である。
また、本発明の触媒において必要に応じて、Mg、Z
r、La、Mn、Cr等の酸化物の前駆体、例えば、炭
酸塩等、またリンの酸素酸塩などを添加することができ
る。
金属塩水溶液に対して使用される沈澱剤としては、アル
カリ金属やアンモニウムの炭酸塩が用いられ、水酸化ア
ルカリと炭酸ガスの組み合わせも使用できる。これらの
沈澱剤使用量は金属塩に対する等量の1〜2倍、好まし
くは1.1〜1.6倍である。沈澱生成のための温度は
20〜90℃、好ましくは35〜80℃である。この際
の水溶性金属塩や沈澱剤の濃度は、0.2〜3モル/リ
ットル、好ましくは0.5〜2モル/リットルの範囲が
好ましい。
澱スラリーと、別に水溶性アルミニウム塩と塩基性沈澱
剤とから調製したアルミナ前駆体とをスラリー状で混合
し、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有する組成物を乾
燥、焼成することからなるメタノール合成触媒の製造法
である。銅および亜鉛の沈澱スラリーとアルミナ前駆体
の混合は触媒性能に重要であり、これらをスラリーで混
合することにより緊密な混合が可能となり触媒性能が向
上する。銅および亜鉛の沈澱スラリーとアルミナ前駆体
の混合方法として、アルミナ前駆体の存在下で銅、亜鉛
を沈澱させる方法、あるいは銅、亜鉛、アルミニウム源
の3成分混合水溶液を用いて同時に沈澱させる方法等が
あるが、アルミナ前駆体のために銅、亜鉛および銅、亜
鉛、アルミナ前駆体の緊密性が損なわれて活性が低いも
のになる。すなわち本発明による調製したアルミナ前駆
体の代りに他のアルミナ前駆体化合物、例えば、市販さ
れているアルミナゾル(日産化学工業株式会社)やカタ
ロイド(触媒化成工業株式会社)あるいは水酸化アルミ
ニウム等を用いる場合には、緊密な混合が難しく本発明
の効果を充分に達成できない。銅および亜鉛の沈澱スラ
リーとの混合は、室温から90℃までの範囲で選ぶこと
ができ、好ましくは30〜85℃である。
常、濾過した後、洗浄される。この際、原料に銅の硫酸
塩を使用した場合には、洗浄液として希薄アルカリ水溶
液、例えば、0.01〜0.5%の範囲の炭酸ソーダや
水酸化ナトリウムなどを使用する必要がある。このよう
にして製造した組成物に必要に応じてケイ素を加えるこ
とができる。組成物がケーキの場合は通常の混合機、例
えば、捏和機、往復動撹拌機などが使用できる。得られ
たケーキもしくはスラリーは、温度50〜150℃で乾
燥後、空気雰囲気下180〜500℃、好ましくは20
0〜450℃の温度範囲で焼成し、次いで公知の方法で
粉砕、成型工程を経て触媒となる。
銅および亜鉛の沈澱スラリーと、別に水溶性アルミニウ
ム塩と塩基性沈澱剤とから調製したアルミナ前駆体とを
スラリー状で混合し、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有
する組成物を乾燥、焼成することからなるメタノール合
成触媒の製造法である。本発明の方法によれば、予め調
製した銅および亜鉛の沈澱スラリーと、別に水溶性アル
ミニウム塩と塩基性沈澱剤とから調製したアルミナ前駆
体とをスラリー状で混合するため、銅、亜鉛、アルミニ
ウム沈澱がスラリー状で極めて緊密に混合される。この
結果、触媒の活性、耐熱性が改善向上し、優れた工業用
触媒が得られる。
水素、一酸化炭素などの還元により活性化処理を行った
後、水素と一酸化炭素及び/又は炭酸ガスとの混合ガス
からメタノールを合成する反応に使用される。このメタ
ノール合成反応は、20〜300気圧、好ましくは30
〜150気圧の加圧下に、150〜350℃、好ましく
は200〜300℃の温度において、2,000〜5
0,000h-1のガス空間速度で行われる。また本発明
の触媒は、メタノール合成反応以外に、例えば一酸化炭
素転化反応、水素添加反応、メタノールの分解や水蒸気
改質反応のための触媒としても使用することができる。
明を更に詳しく説明する。触媒活性等は触媒成分とその
製造法により異なるものであり、本発明はこれらの実施
例に制限されるものではない。
グラム、ホウ酸39グラムを溶解して40℃とした。こ
れをA液とする。2リットルのイオン交換水に炭酸ナト
リウム(無水)346グラムを溶解して40℃とした。
これをB液とする。イオン交換水0.6リットルに酸化
亜鉛102グラムを分散懸濁させ40℃とする。これを
C液とする。イオン交換水0.66リットルに硫酸アル
ミニウム水溶液(アルミナ7.5%含有)216グラム
を溶解し、40℃とした。これをD液とする。0.66
リットルのイオン交換水に水酸化ナトリウム44グラム
を溶解して40℃とした。これをE液とする。撹拌下の
B液にA液を注加後C液を添加した。直ちに溶液に炭酸
ガスを24リットル/時の速度で吹き込み、80℃に昇
温して30分保持し、次いで60℃に冷却した。このス
ラリーに、別に撹拌下のE液にD液を添加して得られた
アルミナ前駆体スラリーを加え20分撹拌した。その
後、濾過して、引き続き50リットルの0.04%水酸
化ナトリウム水溶液でケーキを洗浄し、さらにイオン交
換水15リットルで洗浄し、組成物ケーキを得た。この
ケーキにケイソウ土3.5グラムを加え、往復動撹拌機
で混合した。このスラリ−を100℃で16時間乾燥し
た。この乾燥品を空気流通下380℃で焼成し、16メ
ッシュ以下に整粒し黒鉛3%を添加して6mm×5mm
hの形状に打錠成型した。これを触媒Aとする。
グラム、ホウ酸39グラムを溶解して40℃とした。こ
れをA液とする。2リットルのイオン交換水に炭酸ナト
リウム(無水)346グラムを溶解して40℃とした。
これをB液とする。イオン交換水0.6リットルに酸化
亜鉛102グラムを分散懸濁させ40℃とする。これを
C液とする。イオン交換水0.66リットルに硫酸アル
ミニウム水溶液(アルミナ7.5%含有)216グラム
を溶解し、40℃とした。これをD液とする。0.66
リットルのイオン交換水に水酸化ナトリウム44グラム
を溶解して40℃とした。これをE液とする。撹拌下の
B液にA液を注加し続いてE液、D液さらにC液を添加
した。直ちに溶液に炭酸ガスを24リットル/時の速度
で吹き込み、80℃に昇温して30分保持し、次いで6
0℃に冷却した。 その後、濾過して、引き続き50リ
ットル0.04%の水酸化ナトリウム水溶液でケーキを
洗浄し、さらにイオン交換水15リットルで洗浄し、組
成物ケーキを得た。以下、実施例1と同様に処理した。
これを触媒Bとする。
グラム、ホウ酸39グラムを溶解して40℃とした。こ
れをA液とする。2リットルのイオン交換水に炭酸ナト
リウム(無水)346グラムを溶解して40℃とした。
これをB液とする。イオン交換水0.6リットルに酸化
亜鉛102グラムを分散懸濁させ40℃とする。これを
C液とする。イオン交換水0.66リットルに硫酸アル
ミニウム水溶液(アルミナ7.5%含有)216グラム
を溶解し、40℃とした。これをD液とする。0.66
リットルのイオン交換水に水酸化ナトリウム44グラム
を溶解して40℃とした。これをE液とする。撹拌下の
E液へD液を添加し、40℃で20分撹拌しアルミナ前
駆体スラリーを調製した。このスラリーに、B液、A
液、C液の順で添加した。直ちに溶液に炭酸ガスを24
リットル/時の速度で吹き込み、80℃へ昇温して30
分保持し、次いで60℃へ冷却した。その後、濾過し
て、引き続き50リットル0.04%の水酸化ナトリウ
ム水溶液でケーキを洗浄し、さらにイオン交換水15リ
ットルで洗浄し、組成物ケーキを得た。以下、実施例1
と同様に行った。これを触媒Cとする。
前駆体調製用アルミニウム源として、硫酸アルミニウム
水溶液の代わりに硝酸アルミニウム(9水塩)を使用し
た以外は、実施例1と同様に行った。これを触媒Dとす
る。
リーを濾過、洗浄し、アルミナ前駆体に代えてアルミナ
ゾル(日産化学工業株式会社製、#200、アルミナ含
有量10%)162グラムを使用した以外は実施例2と
同様に行った。これを触媒Eとする。
リーを濾過、洗浄し、アルミナ前駆体に変えてカタロイ
ドAP(触媒化成工業株式会社製、アルミナ含有量70
%)23グラムを使用した以外は、実施例2と同様に行
った。これを触媒Fとする。
からの回収硫酸銅(5水塩)214グラムとホウ酸1
8.8グラムを溶解40℃とした。これをA液とする。
イオン交換水1.2リットルに炭酸ナトリウム(無水)
105グラムを溶解し、40℃とした。これをB液とす
る。イオン交換水0.5リットルに酸化亜鉛49グラム
を分散懸濁させ40℃とする。これをC液とする。イオ
ン交換水0.66リットルに硫酸アルミニウム水溶液
(アルミナ7.5%含有)72グラムを溶解し、40℃
とした。これをD液とする。0.66リットルのイオン
交換水に水酸化ナトリウム15グラムを溶解し40℃と
した。これをE液とする。撹拌下のB液にA液を注加後
C液を添加した。直ちに溶液に炭酸ガスを10リットル
/時の速度で吹き込み、80℃に昇温して30分保持
し、次いで60℃に冷却した。このスラリーに、撹拌下
のE液へD液を添加して得られたアルミナ前駆体スラリ
ーを加え20分撹拌した。その後、濾過して、引き続き
50リットル0.02%の水酸化ナトリウム水溶液でケ
ーキを洗浄し、さらにイオン交換水10リットルで洗浄
し、組成物ケーキを得た。この乾燥品を空気流通下38
0℃で焼成し、16メッシュ以下に整粒し黒鉛3%を添
加して6mm×5mmhの形状に打錠成型した。これを
触媒Gとする。
からの回収硫酸銅(5水塩)214グラムとホウ酸1
8.8グラムを溶解40℃とした。これをA液とする。
イオン交換水1.2リットルに炭酸ナトリウム(無水)
105グラムを溶解し、40℃とした。これをB液とす
る。イオン交換水0.5リットルに酸化亜鉛49グラム
を分散懸濁させ40℃とする。これをC液とする。イオ
ン交換水0.66リットルに硫酸アルミニウム水溶液
(アルミナ7.5%含有)72グラムを溶解し、40℃
とした。これをD液とする。0.66リットルのイオン
交換水に水酸化ナトリウム15グラムを溶解し40℃と
した。これをE液とする。撹拌下のB液にA液を注加
後、続いてE液、D液の順で注加し、60分保持した。
その後C液を添加し、直ちに炭酸ガスを10リットル/
時の速度で吹き込み、80℃に昇温して30分保持し、
次いで60℃に冷却した。その後、濾過して、引き続き
50リットル0.02%の水酸化ナトリウム水溶液でケ
ーキを洗浄し、さらにイオン交換水10リットルで洗浄
し、組成物ケーキを得た。以下、実施例2と同様に行っ
た。これを触媒Hとする。
1.95キログラムを溶解し、0℃とした。これをA液
とする。11.3リットルのイオン交換水に重炭酸アン
モニウム1.3キログラムを溶解して40℃とした。こ
れをB液とする。イオン交換水4リットルに酸化亜鉛
0.5キログラムを分散懸濁させ40℃とする。これを
C液とする。イオン交換水6リットルに硝酸アルミニウ
ム(9水塩)375グラムを溶解し、40℃とした。こ
れをD液とする。6リットルのイオン交換水に水酸化ナ
トリウム96グラムを溶解し、40℃とした。これをE
液とする。撹拌下のB液にA液を注加後C液を添加し
た。直ちに溶液に炭酸ガスを30リットル/時の速度で
2時間吹き込んだ。次いで80℃に昇温して30分保持
し、次いで60℃に冷却した。このスラリーに、撹拌下
のE液へD液を添加して得られたアルミナ前駆体スラリ
ーを加え30分撹拌した。その後、濾過して、引き続き
水溶液でケーキを洗浄した。このスラリーを100℃で
18時間乾燥した。この乾燥品を空気流通下380℃で
焼成し、16メッシュ以下に整粒し黒鉛3%を添加して
6mm×5mmhの形状に打錠成型した。これを触媒I
とする。
1.95キログラムを溶解し、0℃とした。これをA液
とする。11.3リットルのイオン交換水に重炭酸アン
モニウム1.3キログラムを溶解して40℃とした。こ
れをB液とする。イオン交換水4リットルに酸化亜鉛
0.5キログラムを分散懸濁させ40℃とする。これを
C液とする。イオン交換水6リットルに硝酸アルミニウ
ム(9水塩)375グラムを溶解し、40℃とした。こ
れをD液とする。6リットルのイオン交換水に水酸化ナ
トリウム96グラムを溶解し、40℃とした。これをE
液とする。撹拌下のE液にD液を注加し、40℃で20
分撹拌し、アルミナ前駆体スラリーを調製した。このス
ラリーに、C液を添加し、直ちに溶液に炭酸ガスを24
リットル/時の速度で吹き込み30分撹拌下で保持し
た。次いでB液、A液の順で注加し30分保持した。そ
の後80℃に昇温して30分保持し、次いで60℃に冷
却した。これ以外は実施例4と同様に処理した。これを
触媒Jとする。
キログラム、硝酸亜鉛(6水塩)3.3キログラムおよ
びホウ酸0.7キログラムを溶解した。これをA液とす
る。126リットルのイオン交換水に炭酸ナトリウム
(無水)3.3キログラムを溶解した。これをB液とす
る。イオン交換水3リットルに硝酸アルミニウム(9水
塩)0.55キログラムを溶解し、40℃とした。これ
をC液とする。3リットルのイオン交換水に炭酸ナトリ
ウム(無水)0.28キログラムを溶解し40℃とし
た。これをD液とする。撹拌下のB液にA液を注加し
た。次いで80℃へ昇温して30分保持し、50℃へ冷
却した。このスラリーに、別に撹拌下のD液にC液を添
加して得られたアルミナ前駆体スラリーを加え30分撹
拌した。その後濾過して、引き続き水溶液でケーキを洗
浄した。このスラリーを110℃で16時間乾燥した。
この乾燥品を空気流通下380℃で焼成し、16メッシ
ュ以下に整粒した後、黒鉛3%を添加して6mm×5m
mhの形状に打錠成型した。これを触媒Kとする。
キログラム、硝酸亜鉛(6水塩)3.3キログラム、ホ
ウ酸0.7キログラムおよび硝酸アルミニウム(9水
塩)0.55キログラムを溶解した。これをA液とす
る。129リットルのイオン交換水に炭酸ナトリウム
(無水)3.58キログラムを溶解した。これをB液と
する。撹拌下のB液にA液を注加した。次いで80℃へ
昇温して30分保持し、50℃へ冷却した。その後スラ
リーを濾過、洗浄し、以後は実施例5と同様に処理し
た。これを触媒Lとする。
し、窒素気流中140℃に保ち、急激な発熱を抑制する
ため、水素濃度を低くして、最終的には240℃で3時
間保持して触媒を還元した。次いで初期活性を調べるた
め、メタノール合成反応を行った。原料ガスには水素7
0%、一酸化炭素22%、炭酸ガス5%の混合ガスを用
い、反応圧力70気圧、ガス空間速度20,000hr
-1、反応温度260℃とした。また触媒の耐熱性を調べ
るため、触媒温度を360℃として2時間メタノール合
成を行った後、再び260℃とした時の触媒活性、およ
び360℃で4時間(合計6時間)反応を行なった後の
260℃の触媒活性を測定し、更に360℃で4時間
(合計10時間)反応を行った後の260℃の触媒活性
を測定した。触媒活性及び耐熱性試験の測定結果を表1
に示す。
明の方法による実施例の触媒は同一組成の比較例の触媒
と比べて初期活性が高く、また高温で反応した後にも高
い活性が維持されていることから、極めて優れた耐熱性
を有している。従って本発明により提供される銅・亜鉛
・アルミニウムを含有する触媒は、工業用触媒として極
めて優れた性能を有しており、本発明の工業的意義は大
きい。
Claims (5)
- 【請求項1】予め調製した銅および亜鉛の沈澱スラリー
と、別に水溶性アルミニウム塩と塩基性沈澱剤とから調
製したアルミナ前駆体とをスラリー状で混合して得られ
た、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有する組成物を、乾
燥、焼成することを特徴とするメタノール合成触媒の製
造法 - 【請求項2】スラリー状で混合して得られた組成物が、
銅、亜鉛、アルミニウムと、ホウ素及び/又はケイ素を
含有する組成物である請求項1のメタノール合成触媒の
製造法 - 【請求項3】水溶性アルミニウムが、硝酸アルミニウ
ム、硫酸アルミニウムまたは塩化アルミニウムである請
求項1のメタノール合成触媒の製造法 - 【請求項4】塩基性沈澱剤が、炭酸ナトリウム、炭酸ア
ンモニウム、水酸化ナトリウムまたはアンモニア水であ
る請求項1のメタノ−ル合成触媒の製造法 - 【請求項5】予め調製した銅および亜鉛の沈澱スラリー
と、別に水溶性アルミニウム塩と塩基性沈澱剤とから調
製したアルミナ前駆体とをスラリー状で混合して得られ
た、銅、亜鉛及びアルミニウムを含有する組成物を、乾
燥、焼成することを特徴とする銅、亜鉛、アルミニウム
系触媒の製造法
Priority Applications (6)
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